JP4700821B2

JP4700821B2 - 広角レンズ

Info

Publication number: JP4700821B2
Application number: JP2001045125A
Authority: JP
Inventors: 洋治久保田
Original assignee: Maxell Finetech Ltd
Current assignee: Maxell Finetech Ltd
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002244031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、携帯電話搭載カメラ等に用いられる小型で軽量な後側焦点距離の長い広角レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自動車等の後方確認や、携帯電話等に用いられる小型で高性能な画像取り込み角度が水平方向で１００度を超すような超広角レンズが求められている。ここで、これらの広角レンズを用いる小型カメラの受光素子にはほとんどＣＣＤやＣＭＯＳが用いられており、これらの受光素子の特徴として、各画素に取り込める光線角度に制約がある。この性能を無視するような光学系が組み込まれたカメラでは周辺光量が急激に減少し、いわゆる周辺部の暗いカメラとなってしまう。
【０００３】
このような現象を補正するために、例えば、特開平０５−１３７０６２号公報に見られるような電気的な補正回路（シェーディング補正回路）を組み込む方式が採用されている。しかし、この方式では回路基板が大型化し、小型・コンパクト化の要望に合致しないことがある。電気的な補正以外としては、特開平０５−１１００４７号公報として受光素子と一対をなすマイクロレンズを配置し、素子面への受光角を拡大する方式も提案されている。しかし、この方式では大幅なコスト高になり、実用性に乏しい。
【０００４】
そこで、近年においては、これらの課題をレンズ系によって対応しようとする試みが一般化され、多くの枚数の球面レンズを使用して性能を整え、射出瞳の長いレンズを実現している。この他にも、小型、軽量化を目的とした物体側より順に凹非球面レンズと、凸非球面レンズの２枚の非球面レンズを用いた特開平６−６７０９１号公報などの提案もある。さらに、このレンズ系における凹非球面レンズと凸非球面レンズの間に色補正のための接合レンズを介在させた構成の特開平５−１７３０６７号公報も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多数枚の球面ガラスレンズを用いて、高性能で射出瞳の長い広角レンズを実現しようとすると、レンズ光学系のトータルコストが極めて高くなるばかりか、レンズが大型化してしまい、実用的でない。
【０００６】
また、小型・軽量化を目的とした凹レンズと凸レンズの２枚の非球面レンズを用いた方法では、長い射出瞳を得ることが難しいばかりか、倍率の色収差を押さえることも困難であり、結果的におのずとその用途に限界が生ずる。
【０００７】
さらに、色補正のための接合レンズを凹レンズと凸レンズの２枚の非球面レンズの間に挿入した構成のものでは、長い射出瞳を得ることができないという欠点がある。
【０００８】
以上のように、これらいずれのタイプの広角レンズにおいても、小型、軽量で低コストで、しかも倍率の色収差を抑えることができ、さらには長い射出瞳を得ようとする要求を同時に満たすことが極めて困難である。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、小型・軽量で、低コストであり、倍率の色収差補正が可能であり、しかも射出瞳の長い超広角レンズを提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の広角レンズは、物体側より順に配置した負のパワーを持ったレンズで構成された１群レンズおよび正のパワーを持った２群レンズからなり、前記１群レンズは、負のパワーを持った２枚のレンズからなり、前記２群レンズは、絞りを挟み、物体側に配置されている１枚からなる前群レンズと、反対側に配置されている１枚からなる後群レンズとを備えており、全レンズ系を構成しているレンズ群のレンズ面のうち、前記１群レンズの前記２群レンズの側に配置されているレンズの当該２群レンズの側の面、前記前群レンズの両面および前記後群レンズの両面の５面は非球面とされており、画角が１００度を超すことを特徴としている。また、前記前群レンズには、アッベ数の小さいレンズを用いて、本来補正が難しい倍率の色収差を補正し、同時に、射出瞳の長い超広角レンズとなるように配慮している。
【００１１】
すなわち、本発明の広角レンズでは、前記１群レンズの焦点距離をＦ１、前記２群レンズの焦点距離をＦ２、前記前群レンズの焦点距離をｆｍ、前記後群レンズの焦点距離をｆＲ、前記前群レンズのアッベ数をνｄｍとしたとき、次の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とするものである。
０．５＜ｆｍ／ｆＲ＜３．０（１）
νｄｍ＜４５（２）
０．５＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．０（３）
【００１２】
ここで、条件式（１）は倍率の色収差および射出瞳を制限するものである。上限値３．０を超えると倍率の色収差のうち、短波長の倍率が（−）方向へ増加し、画面周辺部での青色の色ずれが発生すると共に、軸外のサジタル像が（＋）方向に増大し、画面の周辺部で非点収差が発生する。また、下限値０．５を下回ると、射出瞳の距離が短くなり、軸外光のＣＣＤ素子などへの入射角が増大し、この結果、周辺光量の減少を招くことになるばかりか、後側焦点距離が短くなり、本来の目的を達成できない。また、軸外の短波長像面が一方向に増大し、結像性能を阻害し、高性能な画像を得ることができない。
【００１３】
条件式（２）は色収差の補正に関するものである。この条件を満たさない範囲では、倍率の色収差のうち、短波長の軸外色収差が増大し、その結果、周辺部に青色の色ずれが発生し、本来の性能を満たすことができない。特に、軸上の色収差および軸外の色収差は短波長に関して相反方向にあるので、設計上十分な注意が必要である。
【００１４】
条件式（３）は後側焦点距離の制約と光学特性を制限するものである。上限値３．０を超えると、後側焦点距離が小さくなり、また、長い後側焦点距離を持った短焦点レンズを作ることができないと共に、像面の湾曲が増大するばかりでなく、当初の目的である画像取り込み角度の大幅な減少を招くことになる。次に、下限値０．５を下回ると、後側焦点距離は長くできるが、光学系全体の小型化を達成することができない。また、軸外の非点収差が増大し、結像性能を劣化させることになると共に、各レンズの曲率半径が極端に小さくなり、加工上の制約もあって安定的な性能を保つことができない。
【００１５】
本発明の広角レンズによれば、ＣＣＤ等への入射角度を小さく抑えることができると共に、プラスチックレンズやガラスモールドレンズ等の非球面レンズを使用して、小型・軽量で廉価な超広角レンズを提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した広角レンズの実施例を説明する。
【００１７】
実施例の説明に先立って、図１を参照して、広角レンズの典型的な構成を説明する。この図に示す広角レンズは比較例１におけるものであり、当該広角レンズ１００は、物体側より順に配置した負のパワーをもった１群レンズ１０および２群レンズ２０を有している。２群レンズ２０は、絞り５を挟み、物体側に配置されている前群レンズ３０と、反対側に配置されている後群レンズ４０とを備えている。
【００１８】
比較例１の１群レンズ１０は１枚の凹の非球面レンズ１からなり、２群レンズ２０の前群レンズ３０は凸の非球面レンズ２からなり、後群レンズ４０は分離された２枚のレンズ３からなり、当該分離されたレンズ３は、凹の球面レンズ３１と凸の非球面レンズ３２から構成されている
【００１９】
尚、本発明の実施例においては、後群レンズ４０は１枚の凸レンズである。
【００２０】
また、後群レンズ４０を構成している凸の非球面レンズ３２と結像面８（受光素子の受光面）との間には、ローパスフィルタ６とカバーガラス７が配置されている。これらローパスフィルタ６およびカバーガラス７は省略することも可能である。
【００２１】
ここで、各光学素子１ないし７において、図１に示すように、それらの表面の曲率半径を物体側からＲ１ないしＲｎ、面間距離をｄ１ないしｄｎとし、屈折率をＮｄ１ないしＮｄｎとし、アッベ数をνｄ１ないしνｄｎとする。また、非球面形状は光軸方向の軸をＸ、光軸と垂直方向の高さをＨ、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとするとき、次の式（４）により表わされる。
【００２２】
【数１】

【００２３】
【比較例１】
比較例１に係るレンズ系は、図１に示すように、２群レンズ２０の後群レンズ４０を構成している負のパワーを持った凹の球面レンズ３１と正のパワーを持った凸の非球面レンズ３２を分離した形式のものである。１群レンズ１０の凹レンズ１の片面と２群レンズ２０を構成している非球面レンズ２の両面、凸の非球面レンズ３２の両面の合計５面が非球面とされている。比較例１のレンズ系のデータを表１に示し、図２にはその収差図を示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【比較例２】
比較例２に係るレンズ系は、図３に示すように、２群レンズ２０の後群レンズ４０を構成している負のパワーを持った凹の球面レンズ３１と正のパワーを持った凸の球面レンズ３２を接合した形式のものである。そのデータを表２に示し、図４にはその収差図を示す。
【００２６】
【表２】

【００２７】
【実施例】
本発明の実施例に係るレンズ系は、図５に示すように、負のパワーを持った１群レンズ１０を第１レンズ１１と第２レンズ１２に分割し、１群レンズ１０のレンズ１２の片面を非球面とし、２群レンズ２０の前群レンズ３０と後群レンズ４０をそれぞれ１枚の非球面レンズ２、３とした形式のもので、そのデータを表３に示し、図６にはその収差図を示す。図６に示す実施例の歪曲収差の値は、図２に示す比較例１の歪曲収差の値および図４に示す比較例２の歪曲収差の値よりも小さい。
【００２８】
【表３】

【００２９】
以上の比較例１、２、および実施例は、前述の条件式（１）〜（３）に対し、満足して
いる。すなわち、
条件式（１）０．５＜ｆｍ／ｆＲ＜３．０
（２） νｄｍ＜４５
（３）０．５＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．０
について、
比較例１は、焦点距離がＦ０＝１．８ｍｍ、Ｆ１＝−５．８５ｍｍ、Ｆ２＝４．９５ｍｍ、ｆｍ＝５．６ｍｍ、ｆＲ＝２．３７ｍｍで、条件式（１）がｆｍ／ｆＲ＝２．３７、（２）がνｄｍ＝２９．９１、（３）が｜Ｆ１／Ｆ２｜＝１．１８であり、
比較例２は、焦点距離がＦ０＝２．４ｍｍ、Ｆ１＝−５．０３ｍｍ、Ｆ２＝４．３６ｍｍ、ｆｍ＝４．８９ｍｍ、ｆＲ＝５．１３ｍｍで、条件式（１）がｆｍ／ｆＲ＝０．９５、（２）がνｄｍ＝２９．９１、（３）が｜Ｆ１／Ｆ２｜＝１．１５であり、
実施例は、焦点距離がＦ０＝１．２２ｍｍ、Ｆ１＝−２．８９ｍｍ、Ｆ２＝３．８７ｍｍ、ｆｍ＝４．２９ｍｍ、ｆＲ＝２．７６ｍｍで、条件式（１）がｆｍ／ｆＲ＝１．５５、（２）がνｄｍ＝２９．９１、（３）が｜Ｆ１／Ｆ２｜＝０．７５であり、
いずれも条件式を満足している。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従って構成した広角レンズは、小型・軽量で、廉価に製造することができ、しかも、倍率の色収差が補正され、射出瞳も十分に長いことが確認された。よって、本発明によれば、小型・軽量で射出瞳の長い高性能な広角レンズを廉価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１の広角レンズの構成例を示す図である。
【図２】比較例１に係るレンズ光学系の諸収差を示すグラフである。
【図３】比較例２の広角レンズの構成図である。
【図４】比較例２に係るレンズ光学系の諸収差を示すグラフである。
【図５】本発明を適用した広角レンズの実施例の構成図である。
【図６】本発明の実施例に係るレンズ光学系の諸収差を示すグラフである。
【符号の説明】
１００広角レンズのレンズ光学系
１０１群レンズ
１凹の非球面レンズ
１１、１２１群レンズを構成しているレンズ
２０２群レンズ
３０前群レンズ
２凸の非球面レンズ
４０後群レンズ
３接合レンズ
３１凹の球面レンズ
３２凸の非球面レンズ
５絞り
６ローパスフィルタ
７カバーガラス
８結像面（受光素子の受光面）

Claims

物体側より順に配置した負のパワーを持ったレンズで構成された１群レンズおよび正のパワーを持った２群レンズからなり、
前記１群レンズは、負のパワーを持った２枚のレンズからなり、
前記２群レンズは、絞りを挟み、物体側に配置されている１枚からなる前群レンズと、反対側に配置されている１枚からなる後群レンズとを備えており、
全レンズ系を構成しているレンズ群のレンズ面のうち、前記１群レンズの前記２群レンズの側に配置されているレンズの当該２群レンズの側の面、前記前群レンズの両面および前記後群レンズの両面の５面は非球面とされており、
前記１群レンズの焦点距離をＦ１、前記２群レンズの焦点距離をＦ２、前記前群レンズの焦点距離をｆｍ、前記後群レンズの焦点距離をｆＲ、前記前群レンズのアッベ数をνｄｍとしたとき、次の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とする画角が１００度を超す広角レンズ。
０．５＜ｆｍ／ｆＲ＜３．０（１）
νｄｍ＜４５（２）
０．５＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．０（３）